Solcellsregulator: Så funkar PWM- & MPPT-Laddningsregulatorer

I den här artikel går HemSol igenom allt du kan vilja veta om solcellsregulatorer (laddningsregulatorer för solceller). Du får både lära dig skillnaden mellan PWM och MPPT, samt när du bör välja det ena eller det andra!

 


Solceller 12v funktion koppling mppt pwm

Vad är en solcellsregulator?

En solcellsregulator är en enhet som reglerar anslutningen mellan solpaneler och ett solcellsbatteri. Dess huvudsakliga uppgifter är att skydda batteriet genom att reglera strömmen (Ampere) och spänningen (Volt). Solcellsregulatorn ser också till att batteriet inte överladdas eller laddas ur för djupt.

Så fungerar en solcellsregulator

De flesta 12V solcellerna ger en spänning på 16–20 volt när de producerar solel. Eftersom batterier som inkluderas i 12V-system skadas av en alltför hög spänning ser solcellsregulatorn till att reglera ned spänningen till en nivå som inte skadar batteriet.

Utöver att reglera spänningen ser regulatorn även till att reglera laddningen. Anledningen är att ett batteri till solceller skadas både av att överladdas och att laddas ur helt och hållet. En solcellsregulator förhindrar alltså att detta händer.

Sammantaget utför laddningsregulatorn följande uppgifter:

  • Förhindra överladdning av batteriet.
  • Anpassa laddspänningen till batteriets specifikationer.
  • Förhindra en för djup urladdning av batteriet.
  • Förhindra urladdning av batteriet när solen inte skiner.
  • Optimera effekten som batteriet laddas med (endast MPPT).

Det kan tyckas rimligt att 12V solceller har en spänning på just 12V för att slippa flera av de ovannämnda problemen som en regulator åtgärdar. Tyvärr fungerar det inte så eftersom det krävs en högre spänning i solpanelerna än i batteriet för att kunna ladda det fullt, normalt minst 14–14,5 V.

Det finns två sorters solcellsregulatorer: PWM och MPPT

Det finns hårddraget två sorters solcellsregulatorer: PWM- och MPPT-regulatorer. Typerna har sina respektive för- och nackdelar och passar bra vid olika tillfällen. Utifrån befintlig information online är det dock lätt att tro att den dyrare varianten MPPT alltid är bättre – något som inte alltid är fallet.

Så fungerar en PWM regulator

Med en PWM (pulse width modulation) regulator dras strömmen ut ur solpanelen vid en spänning som ligger precis ovanför det ansluta batteriets. Detta genom att i snabb takt slå på och av laddningen av batteriet för att anpassa den genomsnittliga spänningen till en viss nivå. De ger generellt sett en effektivitet på 70 %.

Exempelberäkning för hur PWM regulator fungerar

Ponera ett scenario där en 90 W-solcell är specificerad för 18 Vmp (maximum power voltage) och maximalt 5 A ström. En PWM regulator används med ett tillhörande batteri som kräver en spänning vid sin nuvarande laddningsnivå (State Of Charge) på 12,5 V för att laddas – en högre spänning kan skada batteriet.

En PWM regulator kommer i detta fall begränsa spänningen mellan panelen och batteriet till 12,5 V. Det innebär att solpanelen laddar batteriet med en effekt på 12,5 V x 5 A = 62,5 W istället för 18 V x 5 A = 90 W.*

I exemplet är effektförlusten således ungefär 30 % eftersom spänningen måste regleras ner från 18V till 12V.

Detta exempel baseras dock på att solpanelen alltid producerar nära sitt max, något som på årsbasis är ovanligt. I praktiken sker detta nämligen oftast på molnfria sommardagar. Därför är effektförlusten maximalt 30 % med en PWM-regulator under dessa förutsättningar, men på årsbasis i genomsnitt väsentligt lägre än så.

* Notera att solpaneler generellt sett ger en högre ström vid lägre spänning, 5A vid 18V blir sannolikt ca 5,2A vid 12,5V. I praktiken skulle en solcell troligtvis producera närmare 65 W under dessa förutsättningar.

Så fungerar en MPPT regulator

Med en MPPT (maximum power point tracker) regulator regleras strömmen i panelen vid en (för solpanelen i fråga) optimal spänning för maximal effekt. Därefter transformeras spänningen ned och strömmen upp med samma förhållande för att passa det ansluta batteriet. De ger generellt sett en effektivitet på 95–97 %.

Exempelberäkning för hur en MPPT regulator fungerar

Ponera samma exempel som ovan: en 90 W-solcell, 18 VoC, 5 A. En MPPT regulator används för att ladda ett batteri som kräver 12,5 V. MPPT regulatorns algoritm känner av att solpanelen producerar mest solel när spänningen är 18 V och reglerar därför spänningen mot solcellen till detta.

Gentemot batteriet transformeras däremot spänningen ner från 18 V till 12,5 V, det vill säga med cirka 30 %. I retur kan MPPT solcellsregulatorn transformera upp strömmen med 30 %, (5A / 0,7 = 7,15 A) för snabbare laddning. Således är effekten som laddar batteriet 7,15 x 12,5 ≈ 90 W, alltså densamma som solcellen producerar.

En MPPT regulator har dock en högre egenförbrukning av el än en PWM regulator av motsvarande dimension.

Vanliga frågor

Hur ställer jag in solcellsregulatorn för mitt solcellsbatteri?

De flesta solcellregulatorerna känner automatiskt av systemspänning, vare sig det är 12V, 24V eller 48V. Du behöver vanligen alltså endast koppla in solcellsbatteriet så känner regulatorn automatiskt av spänningen. Det enda du kan behöva ställa in är batterityp, exempelvis gel eller litium.

Batteritypen ställs in endast för solcellsregulatorer som kan hantera flera olika typer av solcellsbatterier.

Hur ska jag koppla min solcellsregulator?

Solcellsregulatorn kopplas till batteriet, solpanelerna och förbrukningen. Tänk däremot på att alltid ansluta regulatorn till batteriet först, för att den ska kunna känna av spänningen. Efter batteriet är anslutet kan du koppla in solpanelerna och till sist kopplas förbrukningen in.

Lämpligast är att ansluta strömlösa solceller om det finns en DC-brytare mellan solcellerna och regulatorn. Solcellsregulatorn levereras vanligen med ett kopplingsschema som innehåller tydliga instruktioner för hur du antingen seriekopplar eller parallellkopplar solcellerna till regulatorn.

Vad är skillnaden på en solcellsregulator och en växelriktare?

Skillnaden mellan en solcellsregulator och växelriktare är att regulatorn endast reglerar spänningen på likström medan en växelriktare omvandlar likström till växelström. Du kan alltså inte endast ha en solcellsregulator om du vill kunna använda vanlig 230V elektronik i ett 12V-system.

Solcellsregulatorer kan användas i kombination med växelriktare i ett lågvoltssystem för att kunna använda vanlig elektronik. I högvoltssystem med solceller används dock endast växelriktare.